Una nueva forma de probar baterías de iones de litio podría reducir ese tiempo a unas pocas semanas en lugar de unos pocos años, lo que elimina un obstáculo clave que está manteniendo altos los costes de las baterías y baja la capacidad de almacenamiento.
Al medir con precisión la eficiencia con que las baterías experimentales almacenan y entregan una carga eléctrica, Jeff Dahn de la Universidad Dalhousie puede predecir cuantas veces se pueden cargar y descargar las células de una batería--lo que se conoce como el ciclo de vida de la batería. Dahn, profesor de física y química, también está tratando de demostrar que este método puede predecir cuánto tiempo durará la batería en un almacén--conocido como la vida de calendario.
En conjunto, el ciclo de vida y la vida de calendario determinan cuánto tiempo será de utilidad una batería. Estos son esenciales para determinar, por ejemplo, cuán grande tiene que ser el paquete de baterías para almacenar la cantidad de energía anunciada durante toda la vida útil del coche.
La técnica ha llamado la atención de los fabricantes de automóviles, que están tratando de validarla y usarla, particularmente como herramienta para predecir el ciclo de vida de una batería. También podría permitir a los académicos, que tienen menos recursos que los fabricantes de automóviles, desarrollar materiales para baterías con un potencial comercial real. "Creemos que esta técnica podría ser muy útil", señala Masaki Matsui, director de investigación y desarrollo de materiales del Instituto de Investigación Toyota de América del Norte. Él explica que ésta identificará los problemas con los materiales muy pronto en el desarrollo de la batería, permitiendo a los investigadores revisar rápidamente las diferentes combinaciones de electrodos y electrolitos para baterías.
En una batería hay una panoplia de cosas que pueden salir mal. La idea esencial del enfoque de Dahn es que muchos de estos inconvenientes pueden aparecer en una sola prueba--la medida de la diferencia entre la cantidad de carga que entra en una batería durante la carga y la cantidad que sale cuando está descargada (también llamada eficiencia coulombiana). Si sale menos carga de la que entra, esta energía se está perdiendo por reacciones indeseadas dentro de la batería. Estas pérdidas se suman: en los ciclos sucesivos, la batería reto a cada vez menos carga hasta que finalmente ya no se puede utilizar.
Dahn ha construido un sistema de carga de baterías que puede detectar pérdidas muy pequeñas de carga, identificando en unas semanas la presencia de reacciones que acortan la vida de la batería; reacciones que de otro modo no aparecerían hasta después de meses o años de pruebas. Dahn ha utilizado esta técnica para identificar cambios sutiles en la química que pueden aumentar hasta seis veces el ciclo de vida de un tipo de batería en concreto.
Estas pruebas tan precisas no eran necesarias para las baterías de iones de litio cuando éstas se utilizaban casi exclusivamente para dispositivos electrónicos portátiles que tienen que durar sólo unos pocos años. No obstante, actualmente las baterías están diseñadas para alimentar vehículos eléctricos o para almacenar la energía de los paneles solares y tienen que durar 10, 15, 20 o más años. A lo largo de períodos de tiempo tan grandes, incluso la más pequeña ineficiencia puede llevar a grandes problemas.
Es más, los fabricantes de baterías están mezclando cócteles de electrolitos cada vez más complejos, cada parte del cual podría cambiar drásticamente la vida de una batería. "Los electrolitos tienen algo así como 10 componentes. A partir de aquí, se quieren evaluar más aditivos. Es realmente una pesadilla", afirma Dahn. Con las técnicas de medición convencionales, señala él, "Es difícil saber si un cambio que has hecho es bueno o malo sin hacer una prueba más larga que tu carrera." Al medir con precisión la eficiencia coulombiana, señala éste, "en pocas semanas lo tienes todo."
Mark Mathias, director del laboratorio de investigación de energía electroquímica de General Motors, con sede en Nueva York, no está completamente convencido. "Lo que Jeff está haciendo es un muy buen diagnóstico. Estoy de acuerdo en que deberíamos estar utilizando, pero se trata de una herramienta, no una panacea", opina él. Por un lado, no informa a los investigadores de lo que va mal en una celda. Matías señala que los investigadores necesitan una mejor comprensión de las causas subyacentes de la pérdida de eficiencia. Eso ayudaría a resolver los problemas que las pruebas de Dahn identifican.
Mathias tampoco está seguro que prueba resultará fiable para medir la vida de calendario. Se podría utilizar para ayudar a evaluar baterías, comenta él, pero "la triste realidad es que no podemos saber con seguridad si tenemos una prueba acelerada que imita 10 años a menos que la hayamos probado durante 10 años", señala él.
Dahn afirma que actualmente su equipo es lo suficientemente exacto como para informar a los investigadores si un cambio en particular en la química de la batería provocaría la diferencia entre una duración de 500 ciclos de carga (necesarios para algunos poder conducir un vehículo eléctrico durante algunos años) o 1.000. Actualmente está trabajando con un fabricante de equipos para mejorar el proceso y poder realizar predicciones exactas hasta cerca de 10.000 ciclos.